Cleanzone 2015: Nanobauteile führen zu verschärften Reinraumstandards

Die Disziplinen wachsen zusammen: Erst treffen Mechanik und Elektronik aufeinander, nun verschmelzen auch halbleiterelektronische und optische Baugruppen. Die optoelektronischen Hybride stellen noch einmal höhere Anforderungen an die Reinraumtechnik. Dafür muss in erster Linie die Luftbelastung durch Partikel reduziert werden – bisher bis hinunter zu Größenordnungen von 0,1 Mikrometer. Darüber hinaus müssen auch filmische Kontaminationen vermieden werden. Denn schon eine einatomige Störschicht kann das Aufbringen der nächsten funktionell wichtigen Schicht verhindern. In der Optik kann es sich zum Beispiel um eine sogenannte T-Schicht handeln. Sie verhindert, dass wir durch eine Glasscheibe oder Linse Objekte doppelt sehen. Liegt unter einer solchen T-Schicht eine (wenn auch noch so dünne) Kohlenwasserstoffschicht, so wird die funktionelle Schicht fast unweigerlich nach einer gewissen Zeit abplatzen. Auch ein Biosensor, der etwa Signale des menschlichen Körpers (z.B. Blutfettwerte) kontinuierlich überwachen soll, duldet keinerlei Verunreinigungen zwischen seinen chemischen Fühlern und den nachgeschalteten Aktoren, Detektoren und Verstärkern.

Die kommende „Nano-Norm“

Durch den Übergang von der Mikrotechnik zur Nanotechnik stellt die Baugruppen-Herstellung noch schärfere Anforderungen an die Reinraumtechnik. Der Begriff NEMS (nanoelektromechanische) als Pendant zu MEMS ist bereits gängig; die NOEMS (nano-opto-electro-mechanical-systems) stehen in den Startlöchern.

Schon sind Strukturen bis hinunter zu 5 oder gar 3 Nanometern innerhalb von mikroelektronischen Baugruppen im Gespräch. Dem entspricht folgerichtig eine Erweiterung der reinraumtechnischen Betrachtung der Luftbelastung durch Partikel auf Feinheiten unter 0,1 Mikrometern. Dies stellte bisher eine magische Grenze dar.

Darum dürfte die maßgebliche Empfehlung VDI 2083 des Vereins Deutscher Ingenieure in Kürze eine Modifikation erfahren. So viel lässt sich jetzt schon sagen: Selbst wenn die „Neue“ möglicherweise keine physikalisch vollständige Theorie der Nanopartikel enthalten wird, so wird sie sich sogar in Gebiete jenseits der bekannten Reinräume der ISO-Klasse 1 wagen. Die Klassifizierung dürfte feiner werden. Die Hersteller von Messtechnik werden gemäß der neuen „Nano-Norm“ ihre Geräte neu justieren, womöglich zusätzliche Techniken integrieren. Die Ergebnisse werden sich allerdings schwerer interpretieren lassen als bei Partikelgrößen oberhalb von 0,1 Mikrometern, da sich die Nanopartikel nicht nur nach der Schwerkraft richten, sondern auch die Brown’sche Molekularbewegung berücksichtigt werden muss.

Zukunftsthema: tauglich oder nicht tauglich

Was die Mikroelektronik in den nächsten Jahren darüber hinaus verstärkt begleiten dürfte, ist die Thematik der Reinraumtauglichkeit und Reinraumreinigung von Equipment jeglicher Art. Gut überwacht wird im Moment die Luftreinheit, wobei stets der Mensch als die wesentliche Quelle von Partikelverunreinigungen angesehen wird. Aber auch Maschinen im (menschenleeren) Reinraum können – erst recht unter dem Gesichtspunkt der ultrastrengen Anforderungen nanotechnischer optoelektronischer Baugruppen – verschmutzen. Das kann daher rühren, dass zum Beispiel der externe Reinigungsdienst das Risiko scheut, an den Maschinen etwas zu beschädigen und lieber bei der Reinheit „spart“. Das ist sogar menschlich verständlich. Notwendig sind in diesem Falle Schulungen sowohl zum apparativen Aufbau als auch zu den Reinigungsverfahren: Wo sind sensible Baugruppen angebracht? Welche Mittel dürfen verwendet werden?

Gelegenheit zum persönlichen Austausch über diese Fragen, über die Nanotechnologie und ihre Implikationen für die Reinraumtechnik sowie über innovative Messtechnik und vieles mehr bietet die internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie, Cleanzone in Frankfurt am Main. Am 27. und 28. Oktober 2015 findet sie zum vierten Mal statt. Neben den Neuheiten der Hersteller können sich Besucher auf dem Kongress über aktuelle Aspekte zu Bau, Planung und Betrieb eines Reinraums informieren.